Im Allgemeinen wird eine Kurbelwelle
in einem Motor für
ein Kraftfahrzeug hergestellt, indem als Material ein Kohlenstoffstahl
für eine
Maschinenbauanwendung verwendet wird, ein Pressling durch Warmschmieden
des Materials ausgebildet wird und zur Ausbildung eines Kurbelzapfens,
eines Wellenzapfens, eines Flansches, eines Ölgangs usw. bearbeitet wird.
Eine hoher Dauerfestigkeit ist über
die gesamte Kurbelwelle notwendig, da die Kurbelwelle eine Explosionskraft
des Verbrennungsmotors oder ihre Rotationsinertialkraft aufnimmt.
Bisher wurde eine Perlitstruktur mit einer hohen Festigkeit durch Abschrecken
eines Presslings nach dem Warmschmieden ausgebildet und die Härte wurde
auf diese Weise erhöht,
um diese Eigenschaften zu erzielen. Bezüglich des Kurbelzapfens oder
des Wellenzapfens, in den sehr hohe Belastungen auftreten, kann
deren Oberfläche
durch Hochfrequenzhärten usw.
gehärtet
werden.
Ein Flansch, welcher im Allgemeinen
mit einem Schwungrad verbunden ist, ist einheitlich an einem Ende
der obigen Kurbelwelle ausgebildet und eine Öldichtung, welche ein Auslaufen
von Schmieröl aus
dem Inneren des Motorblocks verhindert, ist an der Umfangsfläche der
Flansches angebracht. Da jedoch das Schmieröl, das den Dichtabschnitt dieser Öldichtung
erreicht, kaum strömt,
werden die Fremdteilchen, welche das Schmieröl verunreinigen, leicht an
diesem Abschnitt angesammelt und es besteht eine Gefahr, dass die
Umfangsfläche
des Flansches durch eine Ansammlung von Teilchen abgenutzt wird und
Abdichteigenschaften auf diese Weise verschlechtert werden. Als
Fremdteilchen kann eine Schlammablagerung, die hauptsächlich aus
C besteht, der durch Verbrennung in dem Motor ausgebildet wird,
durch Abrieb erzeugte Teilchen, wie z.B. Fe, Cu usw., die in jedem
einem Verschleiß unterliegenden
Abschnitt des Motors ausgebildet werden, und Teilchen, wie z.B.
SiO2, Fe2O3, Al2O3 usw.,
die im Straßenstaub
enthalten sind, angeführt
werden. Von diesen besitzt Al2O3 (Aluminiumoxid)
eine hohe Härte (die
Härte von α -Aluminiumoxid beträgt etwa 2000 Hv) und daher
ist eine so hohe Verschleißfestigkeit an
der Umfangsfläche
des Flansches notwendig, dass sie selbst durch dieses Aluminiumoxid
kaum abgenutzt wird. Somit dient ein Verfahren zur Erhöhung der
Härte der
obigen gesamten Kurbelwelle als ein Verfahren zur Erhöhung der
Verschleißfestigkeit
des Flansches.
Durch das obige Abschreck- und Härtungsverfahren
wird die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle verbessert und zusätzlich wird
auch eine höhere
Verschleißfestigkeit
des Flansches erzielt. Jedoch wird die Bearbeitbarkeit der Kurbelwelle
ungewöhnlich verschlechtert,
wenn sie als Ganzes gehärtet
wird. Daher ist eine Bearbeitung, wie z.B. ein Ausbilden eines Kurbelzapfens
oder eines Wellenzapfens, Ausbilden eines Ölgangs an einem Kurbelzapfen
oder Wellenzapfen usw. schwierig durchzuführen und das Verfahren hat
Nachteile in der Produktivität.
Aus der
DE 23 50 370 A1 ist es bekannt, Schmiedeteile
aus Stahl, insbesondere Kurbelwellen für einen Kraftfahrzeugmotor
aus Kohlenstoffstahl zu schmieden und nach dem Schmieden normalzuglühen. Zur
Erzielung einer höheren
Streckgrenze ist es aus dieser Druckschrift auch bekannt, das Schmiedeteil
nach dem Erkalten zu vergüten,
also auf eine Austenitisierungstemperatur von 860 bis 880°C zu erhitzen,
in Öl oder
Wasser abzuschrecken und auf eine gewünschte Festigkeit anzulassen.
Aus der
GB 1219364 ist es bekannt, eine Lageroberfläche einer
Kurbelwelle durch Induktion zu erhitzen und danach mit einem flüssigen oder
gasförmigen
Medium abzuschrecken, um diese Oberfläche zu härten.
Die
US
1489682 offenbart ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer Kurbelwelle,
bei dem die Gegengewichte einer Kurbelwelle im Gegensatz zum Rest
der Kurbelwelle nicht gehärtet
werden, da diese Gegengewichte keiner wesentlichen Belastung ausgesetzt
sind und in einem ungehärteten
Zustand leichter zu bearbeiten sind, was erreicht wird, indem die
Gegengewichte vor dem Abschrecken der gesamten Kurbelwelle einem
Luftkühlverfahren
unterzogen werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kurbelwelle bereitzustellen, die sowohl eine bessere
Bearbeitbarkeit zeigt, so dass leicht ein Kurbelzapfen, ein Wellenzapfen,
eine Ölbohrung usw.
ausgebildet werden kann, als auch eine hohe Verschleißfestigkeit
an einem Öldichtungsbefestigungsabschnitt,
wie z.B. dem obigen Flansch, zeigt und ein Herstellungsverfahren
für diese
bereitzustellen.
Eine Kurbelwelle der vorliegenden
Erfindung besteht aus Stahl und umfasst einen Öldichtungsbefestigungsabschnitt
an einem ihrer Enden in der axialen Richtung, wobei die Kurbelwelle
durch Warmschmieden des Materials verdichtet ist und eine Oberflächenschicht
des Öldichtungsbefestigungsabschnitts
durch Abschrecken vor einem Luftabkühlverfahren gehärtet ist.
Das Abschrecken in der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich
von einer üblichen
Härtung
zur Durchführung
einer Martensitumwandlung und bezieht sich auf eine gesteuerte/geregelte
Abkühlung
zur Ausbildung einer wesentlichen Perlitstruktur. In dem Fall, in
welchem die Wirkung dieser gesteuerten/geregelten Abkühlung ausreichend
demonstriert ist, ist es bevorzugt, dass das Material der Kurbelwelle
der vorliegenden Erfindung S40C oder ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt mit
einem ähnlichen
Kohlenstoffgehalt wie S40C ist.
Ein Herstellungsverfahren für eine Kurbelwelle
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum geeigneten Herstellen
der obigen Kurbelwelle der vorliegenden Erfindung und ist ein Herstellungsverfahren
für eine
Kurbelwelle, die an einem ihrer Enden in der axialen Richtung einen Öldichtungsbefestigungsabschnitt
umfasst, umfassend: Verdichten eines aus Stahl bestehenden Materials
in einer speziellen Form durch Warmschmieden, um einen Pressling
auszubilden, Härten
einer Oberflächenschicht des
Presslings durch Luftkühlen
des Presslings und durch Abschrecken des Öldichtungsbefestigungsabschnitts
vor dem Luftkühlen
des Presslings und Bearbeiten des Presslings.
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird in dem Luftkühlungsverfahren
für die
durch Warmschmieden ausgebildete Kurbelwelle nur der Öldichtungsbefestigungsabschnitt
abgeschreckt und dessen Oberfläche
gehärtet
und daher wird die Härte des
Hauptteils, ausgenommen des Öldichtungsbefestigungsabschnitts
(Hauptteil, umfassend Wellenzapfen, Kurbelzapfen, Arme, Ausgleichsgewichte usw.),
unterdrückt,
und ist niedrig. Das Material wird während des Warmschmiedens in
eine Austenitstruktur durch Erwärmung
transformiert und Kohlenstoff wird in der Austenitstruktur dispergiert.
Der Hauptteil, welcher luftgekühlt
wird, d.h. nach dem Warmschmieden angelassen wird, wird in eine
gemischte Struktur aus Ferrit und Perlit transformiert, welche relativ
weich ist und eine hohe Bearbeitbarkeit besitzt, da deren Kühlgeschwindigkeit
niedrig ist und Kohlenstoff in dem Austenit ausreichend verteilt
ist. Dieser Hauptteil ist relativ weich, da viel Ferrit in der Materialstruktur
vorkommt und das Perlit-Flächenverhältnis klein
ist. Im Gegensatz dazu wird in der Oberflächenschicht des abgeschreckten Öldichtungsbefestigungsabschnitts,
da das Abkühlen
rasch erfolgt, die Diffusion des Kohlenstoffs unterdrückt und
eine Transformation beendet, während das
Ferrit kaum gewachsen ist. Daher wird das Perlit-Flächenverhältnis erhöht und die
Oberflächenschicht
wird entsprechend gehärtet.
Hier liegt im Härtevergleich von durch gängiges Härten ausgebildetem
Martensit zu dem obigen Perlit beispielsweise im Falle eines S40C
entsprechenden Stahls mit mittleren Kohlenstoffgehalt die Härte des
Martensits bei etwa 600 Hv und die des Perlits bei etwa 250 Hv.
Es ist anzunehmen, dass das gehärtete
Material eine höhere
Verschleißfestigkeit besitzt
als das angelassene Material, da das Martensit härter als das Perlit ist, soweit
es die Härte
betrifft. Jedoch besitzt in dem Fall, in dem das Perlit-Flächenverhältnis groß ist, das
Perlit tatsächlich
eine höhere Verschleißfestigkeit
als das Martensit, da von Ferrit und von Zementit, welche Perlit
bilden, das Zementit eine Härte
von etwa 1500 Hv besitzt und bemerkenswert hart ist. Daher besitzt
der abgeschreckte Öldichtungsbefestigungsabschnitt,
wie in der vorliegenden Erfindung gezeigt, eine höhere Verschleißfestigkeit wie
in dem Fall, in welchem das Härtungsverfahren durchgeführt wird,
da das Zementit vor Verschleiß durch
Fremdteilchen mit einer höheren
Härte,
wie z.B. Aluminiumoxid, usw. wirksam geschützt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine überlegene
Bearbeitbarkeit erhalten, da der Hauptteil mit Ausnahme des Öldichtungsbefestigungsabschnitts
weich ist und ein Ölgang
usw. auf diese Weise leicht ausgebildet wird. Da der Hauptteil eine
geringere Dauerfestigkeit besitzt, wenn er weich ist, kann die Dauerfestigkeit
des Hauptteils durch ein Oberflächenhärtungsverfahren,
wie z.B. Nitrieren, Weichnitrieren usw., nach der Durchführung des
Bearbeitungsverfahrens verbessert werden. Im Gegensatz dazu wird
die Oberflächenschicht
des Öldichtungsbefestigungsabschnitts
gehärtet
und besitzt eine hohe Verschleißfestigkeit
und ein Verschleiß infolge
von Fremdteilchen, die das Schmieröl verunreinigen, wird in dem
Zustand, in welchem er in einen Motorblock eingesetzt ist, unterdrückt und
die Abdichteigenschaft wird über
einen langen Zeitraum beibehalten.
Obwohl die Kurbelwelle der vorliegenden
Erfindung eine Metallstruktur besitzt, die hauptsächlich Perlit
und Ferrit durch Abkühlen
von Austenit nach dem Warmschmieden umfasst, ist es erwünscht, dass
das Perlit-Flächenverhältnis, welches
zum Härten
beiträgt,
an der Oberflächenschicht
des Öldichtungsbefestigungsabschnitts,
in welchem eine hohe Härte
verlangt wird, groß ist.
Daher ist es in der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, dass die
gesamte Kurbelwelle eine Metallstruktur besitzt, die hauptsächlich Ferrit
und Perlit umfasst und dass das Perlit-Flächenverhältnis der Oberflächenschicht
des abgeschreckten Öldichtungsbefestigungsabschnitts größer als
das der anderen Abschnitte ist. Insbesondere ist es vorzuziehen,
dass das Perlitflächenverhältnis der
Oberflächenschicht
des Öldichtungsbefestigungsabschnitts
auf 75 bis 100 % gesteuert/geregelt wird, da eine hohe Verschleißfestigkeit
erhalten wird. Zusätzlich
ist es vorzuziehen, dass das Perlit-Flächenverhältnis von anderen Abschnitten
auf 40 bis 60 % gesteuert/geregelt wird, da eine überlegene Bearbeitbarkeit
entfaltet wird.
Das obige Perlit-Flächenverhältnis hängt hauptsächlich von
der Abkühlgeschwindigkeit
in einem nach dem Warmschmieden durchgeführten Abkühlverfahren ab. Daher ist es
zur Steuerung/Regelung des Perlit-Flächenverhältnisses der Oberflächenschicht
des Öldichtungsbefestigungsabschnitts auf
75 bis 100 %, wie oben beschrieben, vorzuziehen, dass die Abkühlgeschwindigkeit
in einem Abschreckverfahren 5 bis 80 °C/Sekunde beträgt. Zusätzlich ist
es zur Steuerung/Regelung des Perlit-Flächenverhältnisses von anderen Abschnitten
auf 40 bis 60 %, wie oben beschrieben, vorzuziehen, dass die Abkühlgeschwindigkeit
in einem Luftabkühlverfahren
0,1 bis 1,5 °C/Sekunde
beträgt.
Bei dem obigen Öldichtungsbefestigungsabschnitt
wird dessen Oberflächenschicht
abgeschreckt und dessen Innenseite wird nicht abgeschreckt und wird
in derselben Weise wie der Hauptteil angelassen, da die Wärme des
luftzukühlenden Hauptteils
besser zur Innenseite als zur Oberflächenschicht übertragen
wird. Daher besteht die Innenseite des Öldichtungsbefestigungsabschnitts
aus einer weichen Struktur mit einem niedrigen Perlitflächenverhältnis und
besitzt eine überlegene
Bearbeitbarkeit.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
1 zeigt
eine Vorderansicht einer Kurbelwelle gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt
ein Abkühlverfahren
einer Kurbelwelle gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt
eine Mikrofotografie einer Metallstruktur an einer Oberflächenschicht
eines Flansches in einer Kurbelwelle gemäß einem Beispiel der vorliegenden
Erfindung;.
4 zeigt
eine Mikrofotografie einer Metallstruktur an einer Oberflächenschicht
eines Hauptteils in einer Kurbelwelle gemäß einem Beispiel der vorliegenden
Erfindung;
5 zeigt
die Beziehungen zwischen dem Abstand von der Oberfläche eines
Flansches und dessen Härte
in Bezug auf eine Kurbelwelle gemäß einem Beispiel der vorliegenden
Erfindung; und
6 zeigt
die Ergebnisse des Verschleißversuchs
in Bezug auf ein Beispiel und Vergleichsbeispiele der vorliegenden
Erfindung.
Nachfolgend wird ein Beispiel der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
1 zeigt
eine Kurbelwelle für
einen Vierzylindermotor gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Kurbelwelle 10 umfasst Wellenzapfen 1a, 1b, 1c, 1d und 1e,
die drehbar in einem Motorblock gelagert sind; Kurbelzapfen 2a, 2b, 2c und 2d,
die mit Pleuelstangen verbunden sind; Armpaare 3a, 3b, 3c und 3d zum
jeweiligen Verbinden der Wellenzapfen 1a bis 1e und
der Kurbelzapfen 2a bis 2d; und Ausgleichsgewichtspaare 4a, 4b, 4c und 4d,
die jeweils mit den Armen 3a bis 3d verbunden
sind. Ein Flansch (Öldichtungsbefestigungsabschnitt) 5 ist
an dem Wellenzapfen 1e an einem Ende (dem rechten Ende
in 1) der Kurbelwelle 10 einheitlich
ausgebildet und eine Befestigungswelle 6 ist an dem Wellenzapfen 1a an
deren anderen Ende einheitlich ausgebildet. Ein Schwungrad ist an einer
Seitenfläche
des Flansches 5 durch Bolzen befestigt. Eine Kurbelwellenriemenscheibe
für einen Zusatzantrieb
ist an der Befestigungswelle 6 angebracht. Eine Öldichtung,
die verhindert, dass Schmieröl
aus einem Motorblock ausläuft,
wenn die Kurbelwelle 10 in den Motorblock eingesetzt ist,
ist an der Umfangsfläche
des Flansches 5 angebracht. In 1 bezeichnet die Bezugszahl 7 einen Ölgang, um
Gleitflächen
der Kurbelzapfen 2a bis 2d und der Wellenzapfen 1a bis 1e durch
einen Schmierölfluss reibungslos
zu bewegen.
Die obige Kurbelwelle 10 besteht
aus Kohlenstoffstahl für
eine Maschinenbauanwendung (beispielsweise S40C-Stahl) und die Oberflächenschicht des
Flansches 5 wird durch Abschrecken lediglich des Flansches 5 gehärtet, nachdem
er durch Warmschmieden des Kohlenstoffstahls ausgebildet wurde. Im
Gegensatz dazu wird der Hauptteil, mit Ausnahme des Flansches 5 (ein
Hauptteil umfasst die Wellenzapfen 1a bis 1e,
die Kurbelzapfen 2a bis 2d, die Arme 3a bis 3d,
die Ausgleichsgewichte 4a bis 4d usw.), durch
Luftabkühlung
angelassen (langsames Abkühlen),
und daher wird dessen Härte
entsprechend unterdrückt,
so dass sie niedrig ist. Die spezifische Härte der Oberflächenschicht
des Flansches 5 liegt bei etwa 250 Hv und die der Oberflächenschicht des
Hauptteils liegt bei etwa 180 Hv.
Da die Abkühlung in dem obigen Hauptteil langsam
erfolgt, wird der Kohlenstoff in dem Austenit während des Warmschmiedens ausreichend
verteilt und eine Mischstruktur aus Ferrit und Perlit wird ausgebildet,
die relativ weich und überlegen
bearbeitbar ist. In diesem Hauptteil erscheint viel Ferrit an der Austenitkorngrenze
als einem Startpunkt und dessen Perlitflächenverhältnis ist niedriger und daher
wird dessen Härte
verhältnismäßig verringert.
Im Gegensatz dazu wird an der Oberflächenschicht des Flansches 5,
der abgeschreckt wird eine Dispersion von Kohlenstoff unterdrückt, fast
kein Ferrit ausgebildet und die Transformation beendet, da das Abkühlen rasch
erfolgt. Daher wird das Perlitflächenverhältnis erhöht und seine
Härte wird
entsprechend erhöht. Das
Perlitflächenverhältnis an
der Oberflächenschicht
des Flansches 5 beträgt
vorzugsweise 75 bis 100% und das Perlitflächenverhältnis an dem Hauptteil beträgt vorzugsweise
40 bis 60%.
Während
eines Herstellungsverfahrens für die
obige Kurbelwelle 10 wird zuerst ein Material 10A in
der Form der Kurbelwelle 10 durch Warmschmieden ausgebildet,
wie in 2 gezeigt ist.
Die Temperatur des Materials nach dem Warmschmieden beträgt beispielsweise
etwa 1 100 ° C.
Dann wird der Flansch 5, in welchem die Temperatur nach
dem Warmschmieden gehalten wird, in ein Öl in einem Ölabkühltank 20 eingetaucht
und wird durch Ölabkühlung abgeschreckt.
Der Hauptteil 8 mit Ausnahme des Flansches 5 wird
durch Luftkühlung
angelassen (langsames Abkühlen).
Dabei ist es notwendig, dass die Abschreckstarttemperatur eine A3-Transforma tionstemperatur oder höher ist.
Der Flansch 5 wird aus dem Ölabkühltank 2b hochgezogen,
wenn das Perlit-Flächenverhältnis an
der Oberflächenschicht
des Flansches 5 75 bis 100 % beträgt und dann wird die gesamte
Kurbelwelle 10 durch Luftabkühlung abgekühlt. Daher wird der Hauptteil 8 angelassen
und zusätzlich
wird die Innenseite des Flansches 5 in derselben Weise
wie der Hauptteil 8 angelassen, da zu diesem Zeitpunkt
die Wärme
mehr zur Innenseite des Flansches als zu dessen Oberfläche übertragen
wird.
Nach dem obigen Abkühlen wird
der obige Ölgang 7 ausgebildet
und ein Bolzenloch zum Befestigen eines Schwungrads wird an der
Endfläche
des Flansches 5 ausgebildet. Da der Hauptteil 8,
in dem der Ölgang 7 ausgebildet
wird, erweicht ist, wie oben beschrieben, ist die Bearbeitbarkeit,
mit der der Ölgang
ausgebildet wird, überlegen.
Das Bolzenloch wird relativ einfach ausgebildet, da die Innenseite
des Flansches 5 in derselben Weise wie das Hauptteil 8 weichgemacht
ist, obwohl dessen Oberflächenschicht
gehärtet
ist. Nach der Durchführung
der Bearbeitung, wie oben beschrieben, wird die Oberfläche der
gesamten Kurbelwelle 10 durch Nitrieren oder Weichnitrieren
gehärtet
und die Dauerfestigkeit des Hauptteils 8 verbessert.
Beispiele
Nachfolgend werden Beispiele gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Herstellung
der Kurbelwelle des Beispiels
Ein Material, das aus einem S40C
entsprechenden Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt für eine Maschinenbauanwendung
besteht, wurde auf 1250 °C
aufgeheizt und eine Kurbelwelle wurde in derselben Form wie der
in 1 gezeigten durch Warmschmieden
des Materials verdichtet. Die Temperatur der Kurbelwelle nach dem
Warmschmieden betrug 1100 °C.
Als Nächstes
wurde ein Flansch des Presslings, der auf der Temperatur nach dem
Warmschmieden gehalten wurde, in Öl in einem Ölabkühltank getaucht und abgeschreckt
und der Hauptteil des Presslings, mit Ausnahme des Flansches, wurde durch
Luft abgekühlt.
Als eine Bedingung für
das Ölabkühlen beträgt die Öltemperatur
Raumtemperatur bis 50 °C
und die Abkühlrate
beträgt
4 bis 20 °C/Sekunde.
Die Temperatur des vierten Wellenzapfens wurde unter Verwendung
eines thermoelektrischen Thermometers beobachtet, der Flansch wurde aus
dem Ölkühltank hochgezogen,
wenn die Temperatur den Bereich von 800 bis 1000 °C erreichte
und demgemäß wurde
eine Kurbelwelle des Beispiels hergestellt.
Jede Oberflächenhärte des Flansches und des Hauptteils
mit Ausnahme des Flansches in der Kurbelwelle wurde gemessen und
die Metallstrukturen davon wurden unter Verwendung eines Mikroskops
festgestellt. Eine Mikrofotografie der Metallstruktur des Flansches
ist in 3 gezeigt und
eine Mikrofotografie der Metallstruktur des Hauptteils wurde in 4 gezeigt. Beide Mikrofotografien
sind 100-fache Vergrößerungen.
Die Oberflächenhärte des
Hauptteils betrug 180 Hv und die Oberflächenhärte des Flansches betrug 240,
da der Flansch durch Abschrecken gehärtet wurde und dessen Verschleißfestigkeit
auf diese Weise verbessert wurde. In der Metallstruktur des Flansches
betrug das Perlit (dunkelgrau)-Flächenverhältnis etwa 95 %. Es wurde angenommen,
dass der Kohlenstoff kaum verteilt war und der Ferrit (weißer Teil)
nicht gewachsen war, da die Abkühlgeschwindigkeit
hoch war. Im Gegensatz dazu betrug das Perlit-Flächenverhältnis in der Metallstruktur
des Hauptteils etwa 50 %. Es wurde angenommen, dass der Kohlenstoff
ausreichend verteilt war und sich viel Ferrit in der Metallstruktur
davon zeigte, da das Abkühlen
langsam erfolgte.
Härte der
Oberfläche
oder Innenseite
Bezüglich der Oberfläche des
Flansches in der Kurbelwelle des obigen Beispiels wurde jeweils die
Härte eines
Abschnitts, der von der Oberfläche
zu einer Tiefe von 2 mm reicht (Bereich A), eines Abschnitts in
der Tiefe von 2 bis 5 mm (Bereich B) und eines Abschnitts in der
Tiefe von 5 mm oder mehr (Bereich C), gemessen. Die Messung wurde
an zwei oder mehreren Punkten in jedem Abschnitt durchgeführt und
die Ergebnisse sind in 5 gezeigt.
Zusätzlich
wurden die Perlit-Flächenverhältnisse
in der Metallstruktur von jedem Abschnitt gemessen. Die Folge war,
dass sie 90 % oder mehr an den Punkten in dem Bereich A betrug,
50 bis 90 % an den Punkten im Bereich B betrug und etwa 50 % an
den Punkten im Bereich C betrug. Wie es aus 5 ersichtlich ist, betrug die Härte etwa
240 Hv an der Oberfläche
oder den Punkten im Bereich A, der von der Oberfläche zu einer
Tiefe von 2 mm reicht (Oberflächenschicht),
sie verringerte sich, wenn die Tiefe 2 mm überschritt und sie betrug 180
Hv bei einer Tiefe von 5 mm oder mehr. Im Bereich C wird die Abkühlgeschwindigkeit nicht
sehr erhöht,
selbst wenn der Flansch durch Öl abgeschreckt
wird, und es wurde angenommen, dass die Wärme des Hauptteils, mit Ausnahme
des Flansches, zum Flansch übertragen
wurde und der Flansch in derselben Weise wie der Hauptteil angelassen
wurde, wenn die gesamte Kurbelwelle durch Luft nach dem Abschrecken
abgekühlt
wurde.
Verschleißprüfungen
Verschleißprüfungen wurden an dem Flansch
und dem Hauptteil der Kurbelwelle des Beispiels durchgeführt. Zusätzlich wurde
die Verschleißprüfung an
den Flanschen der Kurbelwellen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 durchgeführt. Die
Eigenschaften des Beispiels und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind
wie folgt.
Beispiel
- – Art
des Stahls: Stahl entspricht S40C
- – Behandlung
nach dem Warmschmieden am Flansch: Abschrecken, am Hauptteil: Luftabkühlung
- – Struktur
der Oberflächenschicht
des Flansches: Perlit (95 %), die des Hauptteils: Ferrit und Perlit
- – Härte des
Flansches: 240 Hv, die des Hauptteils: 180 Hv
Vergleichsbeispiel 1
- – Art
des Stahls: Stahl entspricht S50C
- – Behandlung
nach dem Warmschmieden am Flansch: Abschrecken
- – Struktur
und Oberflächenschicht
des Flansches: Perlit
- – Härte des
Flansches: 260 Hv
Vergleichsbeispiel 2
- – Art
des Stahls: Stahl entspricht S40C
- – Behandlung
nach dem Warmschmieden am Flansch: Härten
- – Struktur
der Oberflächenschicht
des Flansches: Martensit
- – Härte des
Flansches: 570 Hv
Bei der Verschleißprüfung wurde eine Kurbelwelle
mit einer Flanschoberflächenrauheit
von 3,2 S in eine richtige Maschine eingesetzt und ein pseudoverschlechtertes Öl wurde
als ein Motorschmieröl verwendet.
Das Verschleißausmaß des Flansches wurde
gemessen, nach einem Betrieb von 150 Stunden unter den Bedingungen:
Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle: 25 Meter/S, Öltemperatur:
100 °C und
Material der Öldichtung:
Silikonöl.
Als ein pseudoverschlechtertes Öl
kann ein Öl
verwendet werden, bei dem 30 Gramm Tensid (Handelsbezeichnung: Emalgen,
hergestellt von Kao Corporation), 300 Gramm Kohlenstoffpulver (Handelsbezeichnung:
Seasist S-N 700, Teilchengröße 61 – 100 nm, hergestellt
von Tokai Carbon Co. Ltd.) und 400 Gramm Aluminiumoxid (Handelsbezeichnung: A-D-20,
Teilchengrößen 0,5
um, hergestellt von Fujimi Incorporated) in 15 Liter eines erhältlichen
Motoröls
gemischt wurden.
6 zeigt
das Verschleißausmaß des Flansches
und des Hauptteils des Beispiels und der Flansche der Vergleichsbeispiele
1 und 2, welche unter den obigen Bedingungen erzeugt wurden. Wie
aus 6 ersichtlich, wurde
in der Kurbelwelle des Beispiels das Verschleißausmaß des Flan sches um etwa 30
% im Vergleich zum Verschleißausmaß des Hauptteils
verringert und der Flansch zeigte eine hohe Verschleißfestigkeit.
Zusätzlich
war das Verschleißausmaß des Flansches
des Beispiels etwa 25 % niedriger als das des Flansches des Vergleichsbeispiels
2 und es wurde bewiesen, dass der Flansch des Beispiels ein höheres Verschleißausmaß als das des
gehärteten
Materials besitzt. Obwohl Vergleichsbeispiel 1 das geringste Verschleißausmaß zeigte, da
ein S50C entsprechender Stahl, in welchem der Kohlenstoffgehalt
0,1 % höher
ist, verwendet wurde, wurde demonstriert, dass der Flansch des Beispiels dieselbe
Verschleißfestigkeit
wie die des Vergleichsbeispiels 1 besitzt.
Eine überlegene Bearbeitbarkeit,
welche einen Ölgang
usw. leicht ausbilden kann, und eine hohe Verschleißfestigkeit
an einem Öldichtungsbefestigungsabschnitt
können
gleichzeitig erreicht werden. Ein Stahlmaterial 10A wird
durch Warmschmieden in eine spezielle Form verdichtet ausgebildet
und dann wird eine Oberflächenschicht
eines Flansches 5, der ein Öldichtungsbefestigungsabschnitt
ist, durch Abschrecken gehärtet,
während
der Pressling luftgekühlt
wird. Eine Metallstruktur einer gesamten Kurbelwelle 10 wird
in Ferrit und Perlit verwandelt, sodass das Perlit-Flächenverhältnis an
der Oberflächenschicht
des Flansches 5 75 bis 100 % beträgt und das Perlit-Flächenverhältnis des
Hauptteils 8, ausgenommen des Flansches 5, 40 bis
60 % beträgt.